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关键性设备的选择与管理 Selectionand Management of Critical Equipment 唐彬，杨胜松，孙舒，赵俊丹 摘要：机械完整性管理（MI）是过程安全管理（PSM）要素之一，MI的目的是保证关键性工艺设备性能完好，本文利用物料/能量控制模型和奶酪模型，解释了关键性工艺设备选择原理，有利于相关企业实施机械完整性管理这个要素。本文还描述了关键设备选择过程，以及如何管理关键设备。 Abstract: Mechanicalintegrity management (MI) is one of critical elements of process safetymanagement (PSM). The purpose of MI is to ensure integrity of criticalequipment. This article uses material/energy control model to explain theprinciple of critical equipment selection, which is beneficial for relatedenterprises to implement MI. This article describes the process of criticalequipment selection and how to manage critical equipment as well. 关键词：机械完整性管理（MI），过程安全管理（PSM）, 关键性工艺设备 Key Words: Mechanical integrity management, Process safetymanagement (PSM), Critical process equipment 前言 《化工企业工艺安全管理实施导则》AQ/T3034-2010的4.7.2条要求，企业应建立并实施预防性维修程序，对关键的工艺设备进行有计划的测试和检验，但没有定义什么是关键工艺设备，以及如何选择关键性工艺设备，为企业实施这个要素造成困难。本文结合美国化工过程安全中心(CCPS)《机械完整性系统指南》-2006，以及跨国石油，化学品公司的机械完整性管理程序，对关键性工艺设备的作用，分类，选择做了简要的介绍，有利于化工企业实施机械完整性管理这个要素。 1.过程安全事故/事件 《化工企业工艺安全管理实施导则》AQ/T3034-2010的4.11.1条要求企业应制定工艺事故/事件调查和处理程序，这里说的工艺事故/事件也称为过程安全事故/事件，但标准中没有关于过程安全事故/事件的定义，并且国内化工企业的事故分类中，也大多没有过程安全事故/事件的类别。本文结合美国工艺安全中心（CCPS）的《过程安全先导性与滞后性指标》-2007，美国石油协会《炼油和化工过程安全业绩指标》-API754，以及跨国石油，化学品公司关于过程安全事故/事件的定义，综合为：事故/事件有物料或能量意外释放，且事故/事件后果达到规定值，或物料/能量的释放量达到规定值，这里的规定值，各家公司要求不一致，可自己决定，也可参照API754的推荐值。 2.物料/能量控制模型 过程安全事故/事件发生，必须有物料/能量的意外释放引起，以下是物料/能量的控制模型： file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.gif 物料/能量控制模型解释： 在石油，化工行业里，物料/能量通过第一层容纳包容以防止物料/能量意外释放的，第一层容纳是指有空腔，且直接包容物料/能量的设施，常见的第一层容纳，包括：容器，动设备，管道，管件，阀门等。第一层容纳的设计，选型是根据它所包容的物料/能量的性质以及参数确定的，但由于异常原因，物料/能量的参数，有时会超出设计范围，此时第一层容纳就可能失效，从而导致物料/能量的意外释放。所以需要有参数控制设施来保证物料/能量的参数不产生偏离。常见的物料/能量参数控制设施，包括：自动控制回路，参数监测探头，参数报警，安全仪表系统（联锁），压力释放装置等。根据物料的性质，以及意外释放后的严重性，有时候，在第一层容纳外还需要安装泄漏后的监测和减缓设施，以及时发现物料的意外释放，或减缓释放后的后果，例如：可燃气/毒气监测仪，通风系统，消防系统，紧急报警按钮，紧急停车按钮，防火涂层，防爆墙等。对于液体物料，根据物料性质或储存量，可能需要在第一层容纳外面再安装第二层容纳，以防止意外释放的液体物料扩散，常见的第二层容纳包括：围堰，收集池，收集沟，托盘等。 3.奶酪模型 从物料/能量控制模型，我们可以看出，为了预防物料/能量的意外释放，或减弱意外释放后的后果，设计人员设计了多层保护，为什么要设计多层保护，以下的奶酪模型对此进行了说明：
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif
从以上奶酪模型， 我们可以看出，每一层奶酪就是预防或减弱过程安全事故的一道保护层，保护层上的孔代表此保护层缺陷的多少，从理论上说，每一道保护层都无法做到100%可靠，换句话说，每道保护层都有失效概率。保护层越多，每层保护层的缺陷越少，过程安全事故发生的频率就越低。保护层的数量是否足够，是工艺危害分析所要解决的问题。 4.机械完整性的作用 从奶酪模型来看，每一道保护层的失效概率都要保持在设计范围内，否则过程安全事故的发生频率就会增大。但是，由于物料的性质，数量，能量的大小不一致，过程安全事故的后果严重程度也不一致，对于石油, 化工企业来说，不可能对所有保护层都要进行严格管理。因此，就要把管理重点放在预防和减缓重大过程安全事故的关键设备上来。机械完整性的作用是把关键性设备的失效概率保持在设计范围内，从而把重大过程安全事故的发生频率保持在可接受范围内，这里所说的关键性设备不仅包括设备，还应包括仪表，管道，管件，阀门，土建设施等。 5.关键性设备的定义以及分类 《化工企业工艺安全管理实施导则》AQ/T3034-2010要求对关键设备进行管理，但对关键性设备没有定义，美国职业安全健康管理局（OSHA）过程安全管理法规29CFR1910.119没有提到关键性设备, 而是采用列举法，要求业主对容器，管道（含管件）安全释放装置，紧急停车，控制系统进行管理，OSHA的PSM法规列举的设备，并不全面，而且对于一个流程性企业来说，也没有必要对所有设备，管线，仪表进行MI 管理。为了有效实施机械完整性管理（MI）这个要素，有必要对关键性设备进行定义。 综合CCPS《机械完整性系统指南》-2006，以及一些跨国化学品公司对于关键性设备的定义，本文对关键性设备的定义为：一旦失效，可能会促使，导致，允许重大过程安全事故。对于重大过程安全事故的定义，各家公司对于风险可接受程度不一致，定义也不一致。也可以参见API 754的标准中推荐的第一级过程安全事故作为重大过程安全事故。 关键性设备的选择是MI的第一步，也是非常困难的一步，因为符合本文定义的关键性设备的种类很多，涉及到的管理部门也很多，在实际运行中，确实非常困难。选择过多，失去了关键性的意义，选择过少，又担心会有遗漏之处。为了方便过程安全管理人员进行关键性设备的选择，本文综合了《机械完整性系统指南》提到的可能成为关键性设备的类型， 根据物料/能量控制模型，本文把关键性设备分3大类，8小类： 第一大类：促使类关键设备是指本设备失效，不一定会立即导致物料或能量的意外释放，但在其他因素存在的情况下，可能会导致物料或能量的意外释放，促使类关键设备包括： 1. 工艺参数控制设施，包括：工艺参数控制回路，减压阀，止回阀，参数监测与报警，安全仪表，压力释放装置，呼吸阀等； 2. 一般促使类设施，包括：静电接地，防雷接地，阻火器等； 3. 关键性的公用工程系统，包括：惰化氮气供应系统，冷却水/液系统，压缩空气系统，UPS电源，伴热控制系统，保冷供应系统，仪表风供应系统，蒸汽系统等。 第二大类：导致类关键设备是指本设备失效，会立即导致物料或能量的意外释放，导致类关键设备包括： 1. 第一层容纳类关键设备，包括：容器，换热器，塔器，反应器，蒸发器，冷凝器，管道，管件，阀门，软管等； 2. 高能旋转设备机械部分，由于高能旋转机械部分，可能不含有物料，但是一旦破碎，碎片可能会导致重大人员伤亡， 所以有的公司把高能旋转设备机械部分也作为关键性设备。 3. 土建和结构设施，包括：支撑设备，管线的支架，平台，管廊，地基等 第三大类：允许类关键设备是指本设备失效，不能减缓物料或能量意外释放导致的过程安全事故，允许类关键设备包括： 1. 泄漏后的检测和减缓设施类，包括：气体泄漏监测，消防监测与灭火系统，防火涂层，手动报警按钮，紧急停车按钮，通风系统，防爆墙等； 2. 第二层容纳类，包括：围堰，收集池等。 6. 关键性设备选择步骤 有了关键性设备的定义，流程性企业就好实施关键性设备的选择，本文总结的关键性设备的选择步骤如下： 1. 成立MI 小组，小组成员应以工艺人员为主，但应包括：设备工程师，仪表工程师，电气工程师，安全代表； 2. 收集资料，最重要的资料的是P&ID, 也应包括：设备清单，仪表逻辑图，消防资料，气体监测探头安装布置图，HAZOP分析报告, 保护层分析（LOPA）报告，量化风险分析（QRA） 报告，安全评价报告， 环境影响评估报告，职业病危害因素评价报告等 3. 选择步骤： A. 按照P&ID 图纸物料顺序，依照关键性设备的定义，用彩色记号笔在流程图上标注出关键性设备，在标准时，要考虑到围堰，土建结构，接地设施，气体检测探头等信息没有在P&ID中出现的关键性设备； B. 把上述方法得到的关键设备，记录在关键设备表中； C. 使用其他资料中涉及到的设备和仪表，采用关键性设备的定义，对A 方法得到的关键设备进行补充，并记录在关键设备表中； D. 对于在运行装置，小组现场巡查，补充关键性设备清单，并记录在关键设备表中。 7. 关键性设备管理 在实施了关键性设备选择后，企业就需要对关键性设备进行重点管理。按照关键性设备的生命周期，机械完整性管理分为新关键设备的质量保证（QA）管理和在用关键设备完整性管理。新关键设备质量保证管理和在用关键设备完整性管理的划分是以关键性设备启用为时间点，在启用前，需要对关键性设备的选型，供应商选择，制造，收货，储存，安装，验收进行重点管理，以保证新关键性设备符合设计要求, 从而保证新关键设备的失效概率符合设计要求，这个阶段属于QA阶段。在投用后，要对关键性设备进行检查，测试，预防性维护，修理，更换，变更，根据需要，有时要降级使用，拆除，以维持关键性设备的失效概率在设计范围内，这个阶段属于在用关键设备完整性管理阶段。以下图形显示了关键性设备生命周期内，对关键设备的管理。 file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.gif 由于在整个关键设备的生命周期内，新设备的质量保证以及在用关键设备完整性管理的具体活动， 需要人员来进行。 为了减少由于人员技能不足，导致关键性设备失效概率增大，必须对相关人员进行培训，对于从事关键性的活动的人员，还要进行考核认证。例如企业内对于罐头，容器的无损检测人员，对于呼吸阀功能测试人员等关键性活动的人员，要进行考核认证。 8．总结 关键性设备的选择是机械完整性管理的第一步，所谓关键性设备，是指一旦失效，会促使，导致，允许重大过程安全事故。 机械完整性管理（MI）的要点是通过对关键性设备的有效管理，保证关键性设备在生命周期内的失效概率在设计范围内，从而在其他过程安全要素的配合下，把重大过程安全事故的发生频率控制在可以接受的程度以下。 参考文献 ［1］Process Safety Performance Indicators for the Refining andPetrochemical Industries，ANSI/API RECOMMENDED PRACTICE 754 FIRST EDITION, APRIL 2010 ［2］CCPS. Guidelines For Mechanical Integrity Systems. A joint publication ofthe Center for Chemical Process Safety of the American Institute of Chemical Engineersand John Wiley & Sons, Inc, 2006 ［3］化工企业工艺安全管理实施导则, AQ/T 3034—2010 ［4］Process SafetyManagement of Highly Hazardous Chemicals, 29CFR1910.119
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发表于 2015-7-12 10:18
